Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung insbesondere für Impulszählwerke
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, insbesondere für Impulszählwerke, mit einem von dem Elektromagneten betätigbaren Magnetanker und einer erst im letzten Teil des Anzugshubes des Magnetankers wirksam werdenden Abrissfeder.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche elektromagnetische Betätigungsvorrichtung so auszubilden, dass sie äusserst einfach und schnell in gleichbleibender Qualität herzustellen ist, sehr energiesparend arbeitet, d. h. nur eine geringe Leistungsaufnabesitzt und dabei trotzdem extrem schnell arbeiten kann und auch beim Betrieb mit erheblichen von der Normspannung abweichenden Ober- bzw. Unterspannungen zuverlässig ihre Funktion erfüllt.
Es sind bereits Abrissfedern bekannt, die im allgemeinen als Blattfedern ausgebildet sind und mit einem federnden Schenkel dergestalt in den Bereich des Ankers gebracht sind, dass sie im letzten Teil des Anzugshubes des Magnetankers wirksam werden. Durch solche Abrissfedern kann ein schnellerer und sicherer Abfall des Magnetankers erreicht werden. Ausserdem kann mit ihnen theoretisch eine Energieersparnis für die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung erzielt werden, da durch sie die Ankerrückholfedern schwächer ausgebildet werden können und die Abrissfedern erst dann eingreifen, wenn der Luftspalt zwischen Spulenkern und Magnetanker kleiner geworden ist und infolgedessen auf den Magnetanker wegen des dabei sehr stark ansteigenden Magnetfeldes eine grössere, sonst nicht voll genutzte Kraft ausgeübt wird.
Trotz dieser theoretisch bestehenden Vorteile haben sich die bekannten Abrissfedern insbesondere bei Impulszählwerken nicht nennenswert durchsetzen können.
Dies liegt insbesondere daran, dass es bei den bekannten Abrissfedern äusserst schwierig ist und lange Zeit in Anspruch nimmt, diese genau zu justieren, damit sie immer in einer genau definierten Hubstellung des Magnetankers wirksam werden. Da dieses Justieren bisher im allgemeinen durch Verbiegen der Abrissfedern von Hand vorgenommen wurde, war es unmöglich, diese Justierung sehr genau vorzunehmen und sie vor allen Dingen bei einer Serienfertigung für alle elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen einer Serie gleichmässig zu erhalten. Ausserdem konnte durch die äusserst schwierige Justierarbeit auch der grösste während des Ankerhubes auftretende Luftspalt zwischen Anker und Magnetkern nicht beliebig klein gemacht werden, da bei nur sehr geringen Ankerhüben Justierungenauigkeiten naturgemäss verhältnismässig viel stärker ins Gewicht fallen.
Es ist nämlich insbesondere bei kleinen Luftspalten unbedingt erforderlich, dass sowohl Abrissfeder wie Ankerrückholfeder in Bezug auf den Luftspalt genau aufeinander abgestimmt sein müssen, damit der Anker - insb. bei Unterspannung noch - anzieht, aber insbes. bei Oberspannung - auch nicht kleben bleibt und rechtzeitig abfällt. Hinzu kommt, dass die bisher bekannten Abrissfedern bei Nichtbeanspruchung sich frei in ihrer Ruhelage befinden und somit stark zu Schwingungen neigen, die sich insbesondere bei schnel ler Betätigung äusserst nachteilhaft auf den Funktionsablauf auswirken und den Effekt der Energieeinsparung stark beeinträchtigen.
Um ein besseres Abfallen des angezogenen Magnetankers zu erreichen, ist es ebenfalls bekannt, Trennstiftte aus geeignetem Material, beispielsweise aus einem schlagfesten Kunststoff vorzusehen. Solche Trennstifte sind im allgemeinen am Anker angebracht und legen sich beim Anziehen des Ankers gegen den Spulenkern.
Dabei stellen sie sicher, dass ein geringer minimaler Luftspalt zwischen Magnetanker und Spulenkern erhalten bleibt, der ein magnetisches Kleben des Magnetan kers am Spulenkern verhindern soll. Bei alleiniger Benutzung solcher Trennstifte können jedoch naturgemäss die theoretischen Vorteile der Abrissfedern, zum Beispiel die Einsparung von Energie, nicht erhalten werden. Ausserdem können dabei die bei betätigter elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung noch vorhandenen Luftspalte zwischen Magnetanker und Spulenkern nicht beliebig klein gemacht werden, da sonst einmal die Trennstifte ihre Wirkung verlieren, und sie zum anderen, falls sie zu dünn ausgelegt sind, auch der mechanischen Beanspruchung bei der Betätigung der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung nicht gewachsen sind und zerbrochen würden.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, bei einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung eine am Anker befestigte, sich beim Anziehen des Ankers gegen den Spulenkern legende Abrissfeder vorzusehen, wobei ein Trennstift dergestalt an der Abrissfeder angebracht ist, dass er bei angezogenem Magnetanker die Abrissfeder gegen den Spulenkern abstützt. Dieser Vorschlag ist jedoch für die Lösung eines ganz anderen Problemes gedacht und beseitigt nicht die bereits aufgezählten Nachteile der bekannten elektromagnetischen Vorrichtungen, da auch bei ihm eine genaue Justierung der Abrissfeder vorgenommen werden muss.
Erfindungsgemäss werden bei der eingangs beschriebenen elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung die aufgezeigten Nachteile dadurch beseitigt, dass die Abrissfeder durch einen die Hubstellung ihres Wirksamwerdens bestimmenden Anschlag vorgespannt ist.
Durch diese erfindungsgemässe Ausbildung wird erreicht, dass die Abrissfedern überhaupt nicht mehr justiert zu werden brauchen, da die Hubstellung des Magnetankers, in der die Abrissfeder wirksam wird, allein durch den Anschlag für die Abrissfeder bestimmt wird. Infolgedessen entfallen nicht nur die äusserst zeitaufwendigen und schwierigen Justierarbeiten, sonden es kann zusätzlich auch diese Hubstellung wesentlich exakter als sonst bestimmt werden. Infolgedessen können so ausgebildete elektromagnetische Betätigungsvorrichtungen auch mit wesentlich geringeren Luftspalten arbeiten.
Dazu ergibt sich der weitere sehr bemerkenswerte Vorteil, dass die Abrissfedern infolge der Vorspannung nicht zu störenden Schwingungen neigen und zum anderen bei ihrem Wirksamwerden trotz eines beliebig kleinen Hubbereiches eine im Rahmen der maximalen Anzugskraft der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung beliebig grosse Kraftspeicherung erhalten werden kann. Somit kann die mögliche Über- und Unterspannung auch wesentlich grösser sein als bei bisher bekannten Abrissfedern. Dies ergibt sich daraus, dass die Ankerrückholfeder schwächer gemacht werden und dadurch die notwendige Anzugskraft für den Anker geringer gehalten werden kann und andererseits aber trotz geringerer Kraft der Rückholfeder ein Abfallen des Magnetankers durch die Abrissfeder immer sichergestellt ist.
Entsprechend sinkt auch der notwendige Energiebedarf, da die Ausbildung so erfolgen kann, dass die Abrissfeder erst im allerletzten Moment des Anzugshubes des Magnetankers mit grosser Kraft wirksam wird, und so das magnetische Kraftfeld des Elektromagneten extrem günstig ausgenutzt werden kann. Mit einem so ausgebildeten Zählwerk kann somit auch bei sehr niedrigem Energiebedarf eine extrem hohe Zählfrequenz erreicht werden, ohne dass die Einschaltzeit der Magnetspule wegen Überhitzungsgefahr begrenzt zu werden braucht.
Wegen der extremen Energieausnutzung und der überaus grossen Unempfindlichkeit gegen Über- und Unterspannungen spielen im übrigen auch die magnetischen Werte des Materials, aus dem die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung hergestellt ist, nicht eine so grosse Rolle wie bisher, so dass Schwankungen dieser Materialwerte in erheblich grösserem Umfang ohne Schaden in Kauf genommen werden können. Im Vergleich zu den bisherigen Ausbildungen erhält man also durch den erfindungsgemässen Vorschlag eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung die einfacher und trotzdem mit gleichbleibender Qualität erstellt werden kann, die Nachteile des Bekannten beseitigt und zusätzlich noch erhebliche Verbesserungen aufweist.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass ein Trennstift in einem Lager an einem Teil der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung durch die Abrissfeder bei nicht betätigtem Magnetanker dergestalt in eine definierte Lage gedrückt wird, dass er bei betätigtem Magnetanker in einer bestimmten Hubstellung desselben auf einen Anschlag trifft und dadurch die Abrissfeder belastet.
Hier wird die Hubstellung des Magnetankers, in der die Abrissfeder wirksam wird, allein durch die Lagerung bzw. die Länge des als Anschlag für die Abrissfeder dienenden Trennstiftes bestimmt. Dabei ergibt sich der weitere Vorteil, dass durch die elastische Lagerung des Trennstiftes die gesamte elektromagnetische Vorrichtung wesentlich leiser arbeitet und sowohl am Trennstift als aber auch an den anderen Teilen ein geringerer Verschleiss auftritt. Zusätzlich ist aber selbst ein Verschleiss am Trennstift oder einem den Ankerhub beim Anzug begrenzenden Anschlag nicht so tragisch, da die Abrissfeder extrem stark ausgebildet sein kann, so dass dadurch keine Funktionsstörungen auftreten.
Weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend in Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung, die den Grundgedanken der Erfindung verdeutlicht,
Fig. 2 einen Längsschnitt einer Ausgestaltung einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung mit einer am Anker angebrachten, auf einen im Anker gelagerten Trennstift wirkenden Abrissfeder,
Fig. 3 einen Längsschnitt einer weiteren Ausgestaltung einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung bei der sowohl Trennstift wie auch Abrissfeder am Magnetjoch angebracht sind, und
Fig. 4 einen Längsschnitt eines Magnetkerns, wobei die Abrissfeder und der Trennstift gemäss einer weiteren Ausgestaltung im Magnetkern gelagert sind.
Die in Fig. 1 gezeigte elektromagnetische Betätigungsvorrichtung besteht aus einem Joch 1, einem von diesem umschlossenen Spulenkern 2, auf dem sich die Magnetspule 3 mit ihrem Spulenträger 4 befindet. All der offenen Seite des Jochs 1 ist ein Magnetanker 5 in nicht dargestellter Weise gelagert. Im oberen Schenkel des Magnetjochs 1 befindet sich eine Einfräsung 6 und ein Durchbruch 7, mittels derer eine Abrissfeder 8 an dem Joch befestigt ist. Zur Anbringung der Abrissfeder 8 braucht lediglich ihr einer Schenkel in die Einfräsung 6 bis zu deren Ende hineingeschoben zu werden und dann ihr anderer Schenkel durch den Durchbruch 7 geführt zu werden.
Durch die als Anschlag 9 für die Abrissfeder ausgebildete Innenwandung des Durchbruchs 7 wird die Abrissfeder 8 dann vorgespannt in einer genau definierten Lage gehalten, so dass der Magnetanker bei Betätigung in exakt definierter Hubstellung auf den freien Schenkel der Abrissfeder auftrifft. Zur Sicherung der Abrissfeder kann diese dabei evtl. noch durch eine Klemmplatte auf dem Joch in ihrer Lage befestigt werden.
Bei der in Fig. 2 gezeigten elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung entspricht der grundsätzliche Aufbau dem der Fig. 1. Es sind deshalb auch gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Hier ist jedoch im Unterschied zu Fig. 1 in dem Magnetanker 5 gegenüber dem Spulenkern 2 eine Bohrung 10 angebracht, in der ein Trennstift 11 gelagert ist. An dem von dem Spulenkern wegweisenden Ende besitzt der Trennstift einen Kopf 12 von grösserem Durchmesser als dem der Bohrung 10, durch den ein Hindurchgleiten des Trennstiftes durch die Bohrung verhindert wird und gegen den eine Abrissfeder 13 drückt, die als Blattfeder ausgebildet ist und in der Nähe des Lagerpunktes des Magnetankers 5 mit diesem vernietet ist.
Bei der Herstellung dieser elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung braucht der Trennstift 11 lediglich in die Bohrung 10 eingesetzt zu werden. Durch die Länge des Trennstiftes wird dabei automatisch die Hubstellung des Ankers 5 festgelegt, in der die Abrissfeder 13 wirksam wird. Diese Hubstellung ist dabei durch den Trennstift exakt bestimmbar, ohne dass die Abrissfeder 13 selbst justiert zu werden braucht. Diese wird lediglich mit dem Magnetanker 5 vernietet, wobei sich die Kraft, die sie auf den Trennstift 11 und entsprechend bei angezogenem Magnetanker auf den Spulenkern 2 ausübt, durch ihr Material und ihre Ausgestaltung bedingt ist. Dadurch, dass sie streifenförmig, trapezförmig oder ähnlich ausgebildet ist, sowie durch ihre Dicke, Länge und ihr Material lässt sich ihre Kennlinie bestimmen.
Diese wird dabei vorteilhafterweise so festgelegt, dass sie dem Kraftverlauf zwischen Spulenkern und Magnetanker während des letzten Teils des Hubes des Magnetankers, in dem die Abrissfeder wirksam wird, entspricht.
Mit Hilfe dieser Anordnung kann die gesamte elektromagnetische Betätigungsvorrichtung besonders einfach kräftemässig optimal ausgelegt werden. Dabei ist ersichtlich, dass durch das federnde Wirksamwerden der des Trennstiftes keine abrupten Abbremsvorgänge auftreten und somit die elektromagnetische Vorrichtung leiser und verschleissärmer arbeitet. Ausserdem kann, wie bereits erwähnt, wegen des exakten Eingreifens der Abrissfeder und der von dieser ausübbaren hohen Kraft die gesamte Vorrichtung mit extrem kleinen Luftspalten und somit in ihrem günstigsten Wirkungsbereich arbeiten.
Ein weiterer Vorteil der in Fig. 2 gezeigten Anordnung besteht darin, dass Durchbiegungen des Magnetankers im Laufe von vielen Betätigungen verhindert werden. Es hat sich bei Versuchen nämlich herausgestellt, dass sich bei Zählwerken, bei denen der Magnetanker durch einen besonderen Anschlag bei seinem Anzug abgestoppt wird, im Laufe der Zeit Abdruckstellen des Spulenkerns auf dem Magnetanker ausbildeten, die durch eine Durchbiegung des Magnetankers, insbesondere bei der Verwendung von sehr starken Magnetfeldern, wie sie zum Zählen von hohen Impulsfrequenzen benötigt werden, erklärt werden müssen.
Traten solche Durchbiegungen auf, erfolgten auch bald Fehlzählungen. Diese ungünstigen Erscheinungen konnte auch nicht durch die Anbringung eines weiteren Trennstiftes zwischen Magnetanker und Spulenkern beseitigt werden, da dieser entweder den notwendigen Luftspalt zu sehr vergrösserte oder aber bei Betätigung zu schnell zerstört wurde. Durch die in Fig. 2 gezeigte Anordnung sind diese Erscheinungen zuverlässig beseitigt worden.
Die in Fig. 3 gezeigte elektromagnetische Betätigungsvorrichtung entspricht seinem Grundaufbau dem in Fig. 1 und 2. Infolgedessen sind auch hier entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen worden. Hier sind jedoch Trennstift und Abrissfeder an dem Joch 1 angebracht. Der Trennstift 14 besteht dabei aus einer an ihrem hinteren Ende abgewinkelten Schiene, die mittels zwei in ihr angebrachten Langlöchern 15 und 16 und zwei an dem Joch 1 angebrachten Bolzen 17 und 18 geführt ist. Die Abrissfeder 19 ist in diesem Fall als Zugfeder ausgebildet und erstreckt sich zwischen dem Bolzen 17 und dem hinteren abgewinkelten Ende des Trennstiftes 14.
Die Wirkungsweise ist ähnlich wie bei Fig. 2. Wird der Magnetanker 5 angezogen, so legt er sich gegen das vordere Ende des Trennstiftes 14 und spannt dabei die Abrissfeder 19. Die Hubstellung, in der die Abrissfeder wirksam wird, wird dabei ebenfalls lediglich von der Länge des Trennstiftes 14 bestimmt. Diese gezeigte Anordnung bietet jedoch auch die Möglichkeit, die Hubstellung des Magnetankers 5, in der die Abrissfeder wirksam wird, verstellbar zu machen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Bolzen 17 und 18 oder zumindest einer von ihnen verschieblich feststellbar mit dem Joch 1 verbindbar sind. Ausserdem kann hier der Trennstift 14 selbst als Anschlag dienen, der die Anzugsbewegung des Magnetankers 5 in Richtung auf den Spulenkern 2 begrenzt.
Ein solcher exakter Anschlag ist oftmals bei Zählwerken notwendig, da durch ihn die Exaktheit der Fortschaltung der Zahlenrollen bestimmt werden kann.
In Fig. 4 ist lediglich ein Spulenkern 2 dargestellt.
Dieser Spulenkern könnte beispielsweise Teil einer elektromagnetischen Vorrichtung sein, wie es in Fig. 1, 2 oder 3 dargestellt ist. Dabei sind jedoch die Abrissfeder und der Trennstift in den Spulenkern hineinverlegt worden. Im dargestellten Beispiel ist das dadurch verwirklicht worden, dass der Spulenkern 2 hinter dem Spulenkernkopf 20 eine Ausfräsung 21 besitzt und in dem Spulenkernkopf 20 eine Bohrung 21 angebracht ist.
Der Trennstift 22 ist dabei ähnlich wie in Fig. 2 ausgebildet, während als Abrissfeder 24 eine Druckfeder verwendet ist. Bei der Montage braucht dabei der Trennstift 23 nur in die Ausfräsung 21 eingesetzt und mit seinem vorderen Teil durch die Bohrung 22 in den Spulenkernkopf 20 hindurchgeschoben werden. Dabei legt sich sein hinterer Kopf gegen Anschläge, so dass dadurch das über die Stirnfläche des Spulenkernkopfes herausragende Ende des Trennstiftes eine genau bestimmbare Länge besitzt. Danach braucht nur die Abrissfeder 24 eingesetzt zu werden, worauf dann der Spulenträger aufgesetzt wird, der ein Herausgleiten des Trennstiftes 23 und der Abrissfeder 24 aus der Ausfräsung 21 verhindert. Die Wirkungsweise dieser Anordnung entspricht den in den Figuren 2 und 3 beschriebeneu.
Als Abrissfedern können beispielsweise noch andere als die gezeigten Formen verwendet werden. Ebenso können die Trennstifte und Abrissfedern auch noch an an deren als den dargestellten Stellen angreifen. Obgleich vornehmlich Bezug genommen wurde auf elektromagnetische Betätigungsvorrichtung für Impulszählwerke, kann die Erfindung natürlich auch für andere elektromagnetische Betätigungsvorrichtungen verwandt werden.
Sie bringt so zum Beispiel ebenso erhebliche Verbesserungen für die verschiedensten Arten von Relais.